一种高电流密度垂直供配电模组及其封装工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高电流密度垂直供配电模组及其封装工艺，属于微电子封装技术领域，解决了现有技术中供配电模组体积尺寸大、电流密度低、埋入式芯片封装热阻高、散热困难、结温过高的问题。该模组中，底部电极、封装基板、功率器件和顶部电极层叠；集成电路芯片和无源器件埋置于封装基板内部且在垂直方向上叠层。该封装工艺包括将集成电路芯片埋置于第一芯板中，将无源器件埋置于第二芯板中，压合构成封装基板；对封装基板进行钻孔、孔壁金属化和塞孔得到待封装整体；对待封装整体进行灌封、研磨和表面金属化。该模组和封装工艺能够有效提高电流密度。高电流密度。高电流密度。

【技术实现步骤摘要】
一种高电流密度垂直供配电模组及其封装工艺


[0001]本专利技术属于微电子封装
，尤其涉及一种高电流密度垂直供配电模组及其封装工艺。

技术介绍

[0002]在高算力密度、高能效比与功能集成需求的牵引下，高性能计算、毫米波等应用系统的供配电方式需要从传统水平结构转变为垂直结构，负载芯片的功耗密度要求垂直供配电模组电流密度高于1A/mm2。
[0003]然而，传统水平供配电结构中的供配电模组体积尺寸大、电流密度低(≤0.3A/mm2)，无法满足垂直供配电系统中模组面积不超过负载芯片面积、模组端口与负载芯片引脚垂直互连的结构需求。

技术实现思路

[0004]鉴于以上分析，本专利技术旨在提供一种高电流密度垂直供配电模组及其封装工艺，解决了现有技术中水平供配电结构中的供配电模组体积尺寸大、电流密度低、埋入式芯片封装热阻高、散热困难、结温过高的问题。
[0005]本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术提供了一种高电流密度垂直供配电模组，包括封装基板、功率器件、侧面电极、底部电极、顶部电极、集成电路芯片和无源器件；底部电极、封装基板、功率器件和顶部电极依次自下而上层叠；侧面电极位于封装基板的侧面，顶部电极通过侧面电极与封装基板连接；集成电路芯片和无源器件埋置于封装基板内部，且两者在垂直方向上叠层布置。
[0007]进一步地，上述高电流密度垂直供配电模组还包括设于功率器件侧面的散热件。
[0008]进一步地，散热件包括散热基板以及多个散热柱，散热基板背向功率器件的一面设有网状槽，多个散热柱分别插入网状槽中且与网状槽滑动连接，网状槽的侧壁设有槽壁凸起，散热柱插入网状槽的一端设有柱壁凸起，柱壁凸起位于网状槽的槽底与槽壁凸起之间。
[0009]进一步地，散热件通过绝缘导热层与功率器件直接接触连接。
[0010]进一步地，绝缘导热层的材料为导热树脂。
[0011]进一步地于，侧面电极、顶部电极和/或底部电极作为信号端口和/或电源端口。
[0012]进一步地，侧面电极与封装基板内部的金属层直接连接。
[0013]进一步地，集成电路芯片的最大功率不超过3W，功率器件的最大功耗为10W以上。
[0014]进一步地，上述高电流密度垂直供配电模组还包括电感器，电感器位于顶部电极与功率器件之间。
[0015]进一步地，电感器在封装基板表面的投影面积不超过封装基板表面的面积，电感器底部距封装基板表面的高度大于或等于功率器件的贴装高度。
[0016]本专利技术还提供了一种高电流密度垂直供配电模组的封装工艺，用于上述高电流密
度垂直供配电模组的封装，封装工艺包括如下步骤：
[0017]提供一第一芯板和一第二芯板，将集成电路芯片埋置于第一芯板中，将无源器件埋置于第二芯板中；
[0018]将第一芯板与第二芯板压合构成封装基板；
[0019]在封装基板的下表面进行钻孔，并对孔壁进行孔壁金属化，采用阻焊材料进行塞孔，在封装基板下表面形成底部电极，得到待封装整体；
[0020]对待封装整体进行灌封得到封装整体；
[0021]对封装整体进行研磨，直至露出封装基板的侧壁；
[0022]对研磨后的封装整体进行表面金属化，形成侧面电极和顶部电极，得到高电流密度垂直供配电模组。
[0023]与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
[0024]A)本专利技术提供的高电流密度垂直供配电模组为分层堆叠结构，相应地，在整体上，从下至上在垂直方向上，底部电极、封装基板、功率器件和顶部电极依次堆叠布置，在封装基板内部，无源器件和集成电路芯片堆叠布置，从而能够有效减小供配电模组的面积，现有的供配电模组产品的电流密度通常在0.3A/mm2以下，电感器通常占总面积1/4～1/2，采用分层堆叠结构能够将供配电模组的总面积缩减为电感器的面积，相应的电流密度能够提高为现有模块的2～4倍，即0.6～1.2A/mm2，通过测试，采用本实施例的高电流密度垂直供配电模组实际上能够将电流密度提高至1A/mm2以上，从而能够满足垂直供配电系统中模组面积不超过负载芯片面积、模组端口与负载芯片引脚垂直互连的结构需求。
[0025]B)本专利技术提供的高电流密度垂直供配电模组，封装基板为供配电模组内电源变换电路的载体；侧面电极用于实现封装基板内部金属层间互连、传导输入和输出信号；底部电极为供配电模组内部信号与外部电路的接口组件；集成电路芯片是功率器件的控制或驱动芯片。
[0026]C)本专利技术提供的高电流密度垂直供配电模组，对于不同结构的高电流密度垂直供配电模组，其侧壁的发热位置和发热温度也不同，在实际应用中，高电流密度垂直供配电模组封装之前，可以对功率器件侧壁的发热位置和发热温度进行测试，根据发热位置和发热温度的不同，通过滑动散热柱，将散热柱集中设置于发热温度较高的位置，对于发热温度较低的位置可以适当减少散热柱的布置数量。
[0027]D)本专利技术提供的高电流密度垂直供配电模组，对于网状槽中未设置散热柱的部分，槽壁凸起能够作为散热翅片，从而能够更加有效地提高散热件整体的散热性能。同样地，散热柱上设置的柱壁凸起也能够作为散热翅片。
[0028]本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0029]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0030]图1为本专利技术实施例一提供的高电流密度垂直供配电模组的结构示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例一提供的高电流密度垂直供配电模组的结构框图；
[0032]图3为本专利技术实施例二提供的高电流密度垂直供配电模组的封装工艺中步骤1所得到的第一芯板和第二芯板的结构示意图；
[0033]图4为本专利技术实施例二提供的高电流密度垂直供配电模组的封装工艺中步骤2所得到的封装基板结构示意图；
[0034]图5为本专利技术实施例二提供的高电流密度垂直供配电模组的封装工艺中步骤3所得到的底部电极和封装基板结构示意图；
[0035]图6为本专利技术实施例二提供的高电流密度垂直供配电模组的封装工艺中步骤4所得到的带有功率器件和电感器的结构示意图。
[0036]附图标记：
[0037]1‑
封装基板；2
‑
功率器件；3
‑
侧面电极；4
‑
散热件；5
‑
底部电极；6
‑
集成电路芯片；7
‑
无源器件；8
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贴装电极；9
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顶部电极；10
‑
电感器；11
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引线支架；12
‑
第一芯板；13
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高电流密度垂直供配电模组，其特征在于，包括封装基板、功率器件、侧面电极、底部电极、顶部电极、集成电路芯片和无源器件；所述底部电极、封装基板、功率器件和顶部电极依次自下而上层叠；所述侧面电极位于封装基板的侧面，所述顶部电极通过侧面电极与封装基板连接；所述集成电路芯片和无源器件埋置于封装基板内部，且两者在垂直方向上叠层布置。2.根据权利要求1所述的高电流密度垂直供配电模组，其特征在于，还包括设于功率器件侧面的散热件。3.根据权利要求2所述的高电流密度垂直供配电模组，其特征在于，所述散热件通过绝缘导热层与功率器件直接接触连接。4.根据权利要求3所述的高电流密度垂直供配电模组，其特征在于，所述绝缘导热层的材料为导热树脂。5.根据权利要求1所述的高电流密度垂直供配电模组，其特征在于，所述侧面电极、顶部电极和/或底部电极作为信号端口和/或电源端口。6.根据权利要求1所述的高电流密度垂直供配电模组，其特征在于，所述侧面电极与封装基板内部的金属层直接连接。7.根据权利要求1所述的高电流密度垂直供配电模组，其特征在于，所述集成电路芯片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤祥安，侯峰泽，王启东，丁飞，方志丹，陈钏，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：